ОПИСАНИЕ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЙ УСТАНОВКИ. Установка предназначена для измерения скорости продоль-ных звуковых волн в воздухе и металлах

Установка предназначена для измерения скорости продоль-ных звуковых волн в воздухе и металлах. Определение скорос-ти звуковых волн в воздухе основано на фазовом измерении длины звуковой волны, распространяемой между источником звука (громкоговоритель) и приемником звука (микрофон):

, (8.13)

где – расстояние между громкоговорителем и микрофоном, соответствующее фазам колебаний при ; .

Определение скорости звуковых волн в металлических стерж-нях основано на резонансном методе. На концах стержней за-креплены шайбы из ферромагнитного материала. Стержень жестко закреплен в плоскости геометрического центра тяжес-ти. С одной стороны стержня на расстоянии 0,1 – 0,3 мм на-ходится датчик, возбуждающий колебания в стержне. Изме-няя частоту генератора, подключенного к датчику, меняют час-тоту тока, протекающего через индуктивность датчика. Конец стержня при этом начинает притягиваться к датчику с час-тотой тока, и в нем возникают продольные волны, которые отражаются от другого конца стержня. При плавном изме-нении частоты можно получить стоячую волну. На другом конце стержня колебания воспринимаются приемником и по-даются на вертикальный вход осциллографа.

При стоячей волне звуковых колебаний образуется ре-зонанс, т.е. собственная частота колебаний стержня совпадает с возбуждающей частотой, что сопровождается увеличением амплитуды сигнала приемника. При первой резонансной час-тоте на стержне уложатся две четверти стоячей волны (одна полуволна). По известной длине стержня можно определить длину звуковой волны и рассчитать ее скорость в стержне по формуле:

, (8.14)

где – длина стержней, равная 300 1 мм.

Конструкция установки (рис. 8.1) включает штатив 1, на основании которого закреплен электронный блок 2. Над элек-тронным блоком на стойке штатива закреплен кронштейн 10, на концах которого крепится датчик 5 и приемник 4. К сред-ней части кронштейна при помощи замка 8 крепятся стержни 3. В верхней части штатива закрепляется волновод 9, пред-назначенный для определения скорости звука в воздухе.

Волновод представляет собой воздушный канал, на одном торце которого закреплена головка громкоговорителя 6, а дру-гой торец канала закрыт декоративной крышкой 11. Мик-рофон устройства закреплен на ползуне 7, который позволяет перемещать его вдоль воздушного канала и фиксировать раз-личные фазы звуковых колебаний. Для этого на заднюю па-нель установки выведены четыре клеммы, две из которых подключены к источнику питания датчика, а две – к микро-фону. Подключив к указанным клемам входы горизонтальной и вертикальной развертки осциллографа типа С1-55, пред-варительно приведенного в режим работы "Фазовая плос-кость", можно наблюдать на его экране фигуры Лиссажу. При перемещении микрофона форма фигур Лиссажу изменяется, что позволяет контролировать разность фаз колебаний в раз-личных точках воздушного канала.

Частота колебаний изменяется с помощью частотомера, ин-дикатор которого выведен на переднюю панель электронного блока. Кроме того, на передней панели находятся кнопки "Воздух" и "Металл", позволяющие коммутировать сигналы генератора на головку громкоговорителя или на датчик соот-ветственно. Частотомер предназначен для измерения частоты до 9999 Гц. При поступлении большей частоты измеряемого сигнала индикатор начинает мигать с частотой 1 Гц.

Кроме того, на переднюю панель электронного блока выве-дены индикатор включения сети и ручки регулирования час-тоты и амплитуды выходного сигнала. На задней панели имеет-ся клемма заземления, а также кнопка "Контроль", при нажатии которой в случае нормальной работы частотомера индици-руется контрольная частота 1024 Гц.